中新網(wǎng)10月16日電 題：氣動(dòng)技術(shù)關(guān)-“先行官”跑著(zhù)選外型
——中國神舟神箭研制的12大攻關(guān)奇跡之十
作者：劉思燕
飛船返回艙的返回是從距地面350多公里開(kāi)始的，到距地面100~80公里時(shí)，返回艙進(jìn)入稠密的大氣層。前面說(shuō)到的過(guò)載關(guān)、落點(diǎn)關(guān)包括火焰關(guān)就在眼前，此時(shí)考驗氣動(dòng)技術(shù)的時(shí)候到了。所謂氣動(dòng)技術(shù)，就是利用空氣動(dòng)力學(xué)原理，為飛船返回艙的研制提供各種技術(shù)參數。其中，最有代表性的就是利用氣動(dòng)技術(shù)為飛船返回艙選定外型。飛船的外型設計可不是光考慮美觀(guān)那么簡(jiǎn)單，而是要通過(guò)設計出的外型來(lái)首先保證飛船所承受的過(guò)載、通過(guò)的熱流等能在安全范圍之內。
盡管表面看來(lái)，氣動(dòng)技術(shù)到飛船返回時(shí)才發(fā)揮作用，但實(shí)際上氣動(dòng)設計一直被稱(chēng)為飛船系統工程中的“先行官”。因為，氣動(dòng)設計技術(shù)的首要任務(wù)就是確定返回艙的外型，除此之外，許多分系統還要根據氣動(dòng)參數進(jìn)行設計。飛船從論證到設計研制，各系統基本是在一條起跑線(xiàn)上，大家一起起步的，但氣動(dòng)設計這個(gè)“先行官”的角色，決定了氣動(dòng)設計要快，要“跑”起來(lái)。實(shí)際上也的確如此，1990年12月，當飛船的可行性論證還在進(jìn)行中時(shí)，飛船氣動(dòng)組就成立了。
氣動(dòng)設計的研制手段是通過(guò)風(fēng)洞試驗、數字計算模擬、飛行試驗來(lái)實(shí)現的�？紤]到技術(shù)上的經(jīng)驗少、時(shí)間緊，像飛船外型要求的大功角飛行飛流場(chǎng)結構復雜、機理復雜以及有限的經(jīng)費，因而飛船的外型采用了類(lèi)聯(lián)盟號外型，外型既有俄羅斯聯(lián)盟號的影子又參考了美國阿波羅飛船的外型特點(diǎn)，選定了倒錐體的大鈍頭外型。盡管現在大家看到的這個(gè)外型像是在“嚼別人嚼過(guò)的饃”，但實(shí)際上，當初，飛船的氣動(dòng)設計人員手里除了世界上已知的飛船返回艙的照片外，一無(wú)所有。因而就是確定了這個(gè)外型的大致方案后，氣動(dòng)設計人員還是進(jìn)行了三類(lèi)9個(gè)外型的預選方案。
因為確定返回艙外型的條件相當苛刻，要對外型的每一個(gè)尺寸進(jìn)行優(yōu)化設計。優(yōu)化設計時(shí)需要考慮到這種外型的周?chē)鸁崃鞣植际欠窨蓽p少防熱結構的設計難度，還要考慮該外型在飛行時(shí)能否保持穩定的平衡狀態(tài)等等方方面面不下幾十項。最終還是得需要關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)來(lái)確定最終外型。攻關(guān)的過(guò)程是枯燥的，但當最終為飛船選定了外型，看到如脫胎換骨般降生的飛船時(shí)，氣動(dòng)設計人員的心情可想而知。當神舟一號飛船成功返回時(shí)，氣動(dòng)設計人員又因為這個(gè)外型設計捧回了國防科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎。這時(shí)，記者從向記者描述這段過(guò)程的飛船氣動(dòng)設計主管方芳的臉上，看到了枯燥和辛苦之后的甘甜。
確定了返回艙外型之后，下一個(gè)任務(wù)就是為各個(gè)分系統提供氣動(dòng)力和氣動(dòng)熱參數。前者是為返回軌道設計、返回導航和控制設計提供參數，后者的數據是為飛船返回艙的防熱結構做參謀。
飛船的氣動(dòng)設計一開(kāi)始就面臨試驗設備、技術(shù)設備不能滿(mǎn)足設計要求的難題。有誰(shuí)能想到，飛船研制之初，氣動(dòng)設計所需的最重要的試驗設備--大型風(fēng)洞在國內還找不到。在如此艱難的情況下，設計人員從零開(kāi)始著(zhù)手開(kāi)發(fā)和研制相應的數值模擬軟件，多數試驗都是以國內小風(fēng)洞設備為主進(jìn)行的。直到飛船的氣動(dòng)設計完成后三年的2001年，一座大型風(fēng)洞才在四川綿陽(yáng)建成。
今天，我們很難想象當初飛船氣動(dòng)設計所需的大部分亞跨音速風(fēng)洞試驗、高跨音速風(fēng)洞試驗等只是在小型風(fēng)洞完成的。受試驗條件的限制，試驗模型也是超小型。在進(jìn)行返回艙局部氣動(dòng)試驗時(shí)，就遇到了熱環(huán)境參數的規律相對不好把握的難題。反反復復的試驗加在一起達上千小時(shí)。無(wú)數大量的計算是在701所等單位多方合作下完成的。但是也正因為飛船的氣動(dòng)設計的起點(diǎn)差，逼著(zhù)設計人員從一開(kāi)始就“跑”著(zhù)起步，并在8年的研制歷程中一直保持著(zhù)奔跑的姿勢。隨著(zhù)他們的“奔跑”，目前，飛船的氣動(dòng)技術(shù)和風(fēng)洞試驗設備已相繼建立起來(lái)，并達到了國際90年代水平。硬件上去了，軟件上也沒(méi)有落后，飛船氣動(dòng)設計軟件的計算精度已達到國際先進(jìn)水平，超過(guò)當初俄羅斯聯(lián)盟號的軟件水平，尤其是氣動(dòng)設計軟件系統和風(fēng)洞試驗數據庫的建立使飛船氣動(dòng)設計達到規范化。
他們的領(lǐng)跑還帶動(dòng)了一大批年輕人。在國內一次次大型氣動(dòng)專(zhuān)業(yè)研討會(huì )上，氣動(dòng)界的院士、專(zhuān)家不止一次地對神舟飛船氣動(dòng)設計人員豎起大拇指。
